[发明专利]一种多元异质金属有机框架材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种多元异质金属有机框架材料的制备方法，包括：S101以三氯化铱/三氯化钌混合物和六水合硝酸钴为金属源，无水乙酸钠为配体，于室温在水中混合均匀，得到褐色混合液，即前驱体；S102将所述前驱体转入高压反应釜中，并加入Ti骨架于80‑150℃下反应12‑72小时，最终得到混合产物；S103待反应后的高压反应釜冷却至室温后，将得到的混合产物离心，获得黑色沉淀物，再将黑色沉淀物纯化，即得多元异质金属有机框架材料。本发明提供了由所述方法制备得到的多元异质金属有机框架材料及其应用。本发明的多元异质金属有机框架材料的制备方法简单，容易操作，获得的材料粒径很小、尺寸均匀、比表面积非常大。

技术领域：

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种多元异质金属框架材料的制备方法及其应用。

背景技术：

能源和环境是与人类社会的可持续发展有关的两个关键问题。目前，化石燃料(石油，煤炭和天然气)仍占世界能源消耗的主要部分。化石燃料实际上是各种化学工业的宝贵自然资源。这些不可再生资源作为燃料燃烧可能会在不久的将来迅速耗尽此外，化石燃料的燃烧会排放温室气体，例如CO₂，NO_x和SO_x，这会导致严重的环境问题。迫切需要用可再生的能源替代化石能源。

电化学水分解法是以氢的形式存储清洁能源的有前途的方法，氢是一种具有高能量密度并且没有碳排放的能量载体。然而，在实际的水电解过程中，需要额外的能量，称为过电势，以克服活化能高，动力学迟滞，能量效率低以及其他一些不利问题。所以，为使分水分解的广泛实施在经济上可行是必要的。一项关键要求是开发由富含地球的材料组成的高活性，稳定的电催化剂。

高性能催化剂材料的研发和制备对于推动环境友好型、可持续发展性新能源技术的发展至关重要。多元异质金属有机框架由于其独特的结构和优异电催化性能，被广泛用作OER催化剂材料，应用于电极材料、空气电池、锂离子电池、电解水装置等多个方面，因此探究催化剂材料在各个领域中的应用具有十分重要的实用价值。纳米材料由于其独特的量子尺寸效应，使其拥有更高的比表面积，从而增强了反应界面的有效接触，有益于能量的转换。

MOF被催化界视为均相催化剂异质化的理想平台。确实，在很大程度上，MOF可以理解为排列在晶格中的分子，因此，通过晶体工程，给定的均相催化剂可以延伸通过这种晶格，从而产生具有固有催化活性的固体。本着这种精神，许多合成的MOF可被视为单中心催化剂。迄今为止，已提出了大多数三种不同的方法来实现固有的催化活性：(i)通过引入开放金属位点(配位不饱和位点)，(ii)通过产生缺陷，以及(iii)通过使用有机接头作为催化剂，可以通过直接或间接(合成后修饰)这些位点进行。应当指出的是，在此期间，MOF设计一直将重点放在基于三价和四价金属的稳健MOF的使用上，并扩展了MOF的活跃催化反应范围。尽管在大多数情况下，MOF在这些反应中的催化活性没有达到最新技术水平，但我们认为这是该领域的重要进展，因为它解决了人们对反应条件下稳定性的疑虑。

钴基MOF最近已被证明是OER中具有高活性的电极材料。多元异质金属更是具有显著的优势。首先，我们可以增加活性位点：增加负载量、暴露活性位点数目。其次，我们可以提高本征活性：多元金属协同催化。第三，将前两条相互交叉、共同作用，能大大提高电极材料的催化活性。

通过上述分析，现有技术中尽管已有诸多多元异质金属有机框架材料的制备及其应用，但是还没有关于贵金属三氯化铱和六水合硝酸钴为金属源，无水乙酸钠为配体合成前驱体附着在Ti骨架上的研究，也没有对于这种三元金属MOF性能优劣的相关披露。

发明内容：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种多元异质金属有机框架材料的可控制备及其应用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多元异质金属有机框架材料的制备方法，包括：